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AI 正在“写”基因？中国团队首次用大模型创造植物新基因！
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论文标题：PlantGFM: A Genomic Foundation Model for Discovery and Creation of Plant Genes 发表期刊：Advanced Science 图片 核心亮点：首款兼顾植物基因精准注释与全新人工基因从头生成的专用基因组基础模型，AI设计的全新植物DNA序列，成功在植物细胞内完成转录、翻译全过程！ 研究背景：传统植物基因研究，难在哪里？ 一直以来，植物育种与基因工程依赖天然基因改造：杂交育种、诱变育种、CRISPR基因编辑，本质都是在自然界已有的基因序列上做修改。 而想要从零创造全新功能基因，面临两大行业痛点： • 植物基因组结构复杂：内含子、非编码调控区域繁多，通用基因组大模型无法适配植物特有基因结构； • AI设计DNA无法被植物细胞识别：过往AI生成的基因序列，仅在计算机层面看似合理，进入植物细胞后完全无法启动转录、翻译，无任何生物活性。 针对以上难题，研究团队专门搭建植物专属基因组基础模型PlantGFM，打通「基因智能挖掘→全新基因从头设计→细胞活体验证」全流程。 图片 PlantGFM模型架构：专为植物DNA量身定制 1. 预训练数据集 模型基于12种植物、总计108.4亿个核苷酸的完整基因组数据进行自监督预训练，充分学习植物基因特有结构、剪切位点、上下游调控序列等专属特征。 2. 核心优势（区别于通用基因组大模型） • 支持超长序列输入：可处理最长64kb植物DNA片段，完整覆盖完整基因+上下游全部调控区域； • 单碱基精度解析：精准识别植物内含子、外显子剪切信号，适配真核植物复杂基因结构； • 双任务能力：同时支持下游基因注释预测（挖掘未知天然基因）+从头人工基因生成（创造自然界不存在的新基因）。 活体实验结果：AI设计的基因，真的能在植物体内工作！ 研究选用模式植物本氏烟叶片细胞开展体内验证，结果极具突破性： • 100%转录成功：7条AI全新设计的DNA序列，全部成功被植物细胞识别并转录为RNA； • 可变剪切正常发生：其中1条序列可完成植物特有RNA可变剪切，完美复刻天然基因的转录后加工过程； • 2条成功翻译出蛋白质：2个人工基因最终在细胞内合成完整蛋白质，且蛋白大小与预测完全匹配； • 宿主基因表达发生响应：表达人工基因的烟草细胞，上百条内源基因表达水平发生显著变化，证明AI基因真实参与细胞生命活动。 图片 应用前景与未来展望 PlantGFM为植物合成生物学、智能育种开辟了全新方向，未来可落地三大场景： • 高通量挖掘未知基因：快速注释海量植物基因组数据，挖掘抗逆、高产等优质潜伏基因； • 定制化从头设计功能基因：定向设计抗旱、耐盐碱、抗病虫害全新人工基因，打破天然基因的功能上限； • 智能人工基因回路构建：助力植物人工调控线路设计，推动下一代精准智能育种发展。 当然目前研究仍有局限：人工基因功能稳定性不足，定向设计特定性状基因仍需优化。后续通过更大规模植物数据训练、功能导向微调，有望真正实现AI一键定制优质作物基因。    |
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